Підсилювач напруги низької частоти основні елементи. Підсилювач низької частоти - документ. Нелінійні спотворення. КНІ, КГИ, TDH

Підсилювач- це електронний пристрій, Що управляє потоком енергії, що йде від джерела живлення до навантаження. Причому потужність, яка потрібна для управління, як правило, набагато менше потужності, що віддається в навантаження, а форми вхідного (підсилюється) і вихідного (на навантаженні) сигналів збігаються (рис. 2.1).

Всі підсилювачі можна класифікувати за такими ознаками:

● по частоті підсилюється сигналу:

Підсилювачі низької частоти (УНЧ) для посилення сигналів від десятків герц до десятків або сотень кілогерц;

Широкосмугові підсилювачі, що підсилюють сигнали в одиниці і десятки мегагерц;

Виборчі підсилювачі, що підсилюють сигнали вузької смуги частот;

● за родом підсилюється сигналу:

Підсилювачі постійного струму (УПТ), які посилюють електричні сигнали з частотою від нуля герц і вище;

Підсилювачі змінного струму, які посилюють електричні сигнали з частотою, відмінною від нуля;

● за функціональним призначенням:

Підсилювачі напруги, підсилювачі струму і підсилювачі потужності в залежності від того, який з параметрів підсилювач підсилює. Основним кількісним параметром підсилювача є коефіцієнт посилення. Залежно від функціонального призначення підсилювача розрізняють коефіцієнти підсилення по напрузі До U, струму До i або потужності

До Р: К U \u003d U вх / U вих До I \u003d I вх / I вих До P \u003d P вх / P вих де U вх, I вх - амплітудні значення змінних складових відповідно напруги і струму на вході;

U вих, I вих - амплітудні значення змінних складових відповідно напруги і струму на виході; Р вх, Р вих - потужності сигналів відповідно на вході і виході. Коефіцієнти посилення часто висловлюють в логарифмічних одиницях - децибелах:

До U (дБ) \u003d 20LgK u До I (дБ) \u003d 20LgK i К Р (дБ) \u003d 10LgK p Підсилювач може складатися з одного або декількох каскадів. Для багатокаскадних підсилювачів його коефіцієнт посилення дорівнює добутку коефіцієнтів посилення окремих його каскадів: К \u003d К 1 · К 2 · ... · До n

Якщо коефіцієнти посилення каскадів виражені в децибелах, то загальний коефіцієнт посилення дорівнює сумі коефіцієнтів посилення окремих каскадів:

Ќ U \u003d К U · e jφ До U \u003d U вих / U вх де К U - модуль коефіцієнта посилення; φ - зсув фаз між вхідним і вихідним напругами з амплітудами U вх і U вих.

Крім коефіцієнта посилення важливим кількісним показником є \u200b\u200bкоефіцієнт корисної дії:

η \u003d P вих / P іст де Р іст - потужність, споживана підсилювачем від джерела живлення. Роль цього показника особливо зростає для потужних, як правило, вихідних каскадів підсилювача. До кількісних показників підсилювача відносяться також вхідний R вх і вихідна R вих опору підсилювача:

R вх \u003d U вх / I вх R вих \u003d | Δ U вих | / | Δ I вих | де U вх і I вх - амплітудні значення напруги і струму на вході підсилювача;

ΔU вих і ΔI вих - збільшення аплітудних значень напруги і струму на виході підсилювача, викликані зміною опору навантаження. Розглянемо тепер основні характеристики підсилювачів.

амплітудна характеристика

амплітудна характеристика - це залежність амплітуди вихідногонапруги (Струму) від амплітуди вхідногонапруги (струму) (рис. 2.2).

Точка 1 відповідає напрузі шумів, вимірюваній при U вx \u003d 0, точка 2 - мінімального вхідній напрузі, при якому на виході підсилювача можна розрізняти сигнал на тлі шумів. Ділянка 2 - 3 - це робочий ділянку, на якому зберігається пропорційність між вхідним і вихідним напругами підсилювача. Після точки 3 спостерігаються нелінійні спотворення вхідного сигналу. Ступінь нелінійних спотворень оцінюється коефіцієнтом нелінійних спотворень (або коефіцієнтом гармонік):

К Р \u003d √ (U 2 2 m + U 2 3 m + ... + U 2 nm) / U lm де U lm, U 2m, U 3m, U nm - амплітуди 1-й (основний), 2, 3 і n -й гармонік вихідної напруги відповідно. Величина D \u003d U вх max / U вх min характеризує динамічний діапазон підсилювача. Розглянемо приклад виникнення нелінійних спотворень (рис. 2.3).

При подачі на базу транзистора щодо емітера напруги синусоїдальної форми u бе в силу нелінійності вхідний характеристики транзистора i б \u003d f(U бе) вхідний струм транзистора i б (а отже, і вихідний - струм колектора) відмінний від синусоїди, т. Е. В ньому з'являється ряд вищих гармонік.

З наведеного прикладу видно, що нелінійні спотворення залежать від амплітуди вхідного сигналу і положення робочої точки транзистора і не пов'язані з частотою вхідного сигналу, т. Е. Для зменшення спотворення форми вихідного сигналу вхідний повинен бути низькорівневим. Тому в багатокаскадних підсилювачах нелінійні спотворення в основному з'являються в кінцевих каскадах, на вхід яких надходять сигнали з великою амплітудою.

Амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) і фазо-частотна характеристика (ФЧХ) підсилювача.

АЧХ - це залежність модуля коефіцієнта посилення від частоти, а ФЧХ - це залежність кута зсуву фаз між вхідним і вихідним напругами від частоти. Типова АЧХ приведена на рис. 2.4.

Частоти f н і f в називаються нижньої і верхньої граничними частотами, а їх різниця (f н - f в) - смугою пропускання підсилювача. При посиленні гармонійного сигналу досить малої амплітуди спотворення форми посиленого сигналу не виникає. При посиленні складного вхідного сигналу, що містить ряд гармонік, ці гармоніки посилюються підсилювачем неоднаково, так як реактивні опору схеми по-різному залежать від частоти, і в результаті це призводить до спотворення форми посиленого сигналу. Такі спотворення називаються частотними і характеризуються коефіцієнтом частотних спотворень: М \u003d K 0 / K f де K f - модуль коефіцієнта посилення підсилювача на заданій частоті.

Коефіцієнти частотних спотворень М Н \u003d K 0 / K Н і М В \u003d K 0 / K В називаються відповідно коефіцієнтами спотворень на нижній і верхній граничних частотах. АЧХ може бути побудована і в логарифмічному масштабі. В цьому випадку вона називається ЛАЧХ (рис. 2.5), коефіцієнт посилення підсилювача висловлюють в децибелах, а по осі абсцис відкладають частоти через декаду (інтервал частот між 10f і f).

Зазвичай в якості точок відліку вибирають частоти, відповідні f \u003d 10n. Криві ЛАЧХ мають в кожній частотній області певний нахил. Його вимірюють в децибелах на декаду. Типова ФЧХ приведена на рис. 2.6.

Вона також може бути побудована в логарифмічному масштабі. В області середніх частот додаткові фазові спотворення мінімальні. ФЧХ дозволяє оцінити фазові спотворення, що виникають в підсилювачах з тих же причин, що і частотні. Приклад виникнення фазових спотворень наведено на рис. 2.7, де показано посилення вхідного сигналу, що складається з двох гармонік (пунктир), які при посиленні зазнають фазові зрушення.

Перехідна характеристика підсилювача

Перехідна характеристика усілітеля- це залежність вихідного сигналу (струму, напруги) від часу при стрибкоподібному вхідній дії (рис. 2.8).

Частотна, фазова і перехідна характеристики підсилювача однозначно пов'язані один з одним. Області верхніх частот відповідає перехідна характеристика в області малих часів, області нижніх частот - перехідна характеристика в області великих часів.

Вступ. 5

Висновок. 47

Список літератури .. 48

Вступ

Мета дипломного проекту

Виготовити макет підсилювача;

Принципи побудови підсилювачів

Основні схеми підсилювачів

У схемах з підсилювальними елементами - тріодами і транзисторами - один з електродів з'єднується з джерелом підсилюється сигналу, інший - з опором навантаження гн. третій

Малюнок 2.1 - Схеми включення електронної лампи і транзистора

а-о загальним катодом (емітером), б-з загальною сіткою (базою), в - із загальним анодом (колектором) електрод є загальним для вхідного сигналу і навантаження і з'єднується з ними безпосередньо або через більшу ємність. На рис. 111 зображені три можливі способи включення електронної лампи і відповідні їм три способи включення транзистора: схема із загальним катодом і відповідна їй схема із загальним емітером, схема із загальною сіткою і відповідна їй схема із загальною базою, схема із загальним анодом і відповідна їй схема із загальним колектором.

Схема із загальним емітером для n-p-n транзистора представлена \u200b\u200bна малюнку 2.2

Малюнок 2.2 - Схема включення транзистора n-p-n з загальним емітером

Емітер є загальним для входу і виходу. Щоб без розрахунків попередньо оцінити величини опорів і ємностей, можна прийняти величину опору в колекторної ланцюга в кілька кОм, а опір в ланцюзі бази в 30 - 50 разів більше. Для того, щоб підсилювач працював в лінійному режимі, необхідно, щоб робоча точка перебувала на лінійній ділянці вольт-амперної характеристики (бажано в центрі лінійного ділянки). Для цього, зміщення на базу треба ставити так, щоб напруга на колекторі становило половину напруги живлення. Величини розділових конденсаторів складають 100пФ - 10 мкФ і залежать від діапазону частот (чим нижче частота, тим більше ємність). Коефіцієнт посилення даної схеми складає більше 10 - 100, також посилюється і струм, тобто коефіцієнт посилення за проектною потужністю становить близько 10000 разів. Доступним біполярним транзистором структури n-p-n є КТ315.

Схема включення з ОЕ транзистора p-n-p структури наведена на малюнку 2.3.

Рісунок2.3 - Схема з ОЕ для транзистора структури p-n-p

Коефіцієнт посилення по напрузі можна приблизно оцінити як відношення опорів в базовій і колекторної ланцюгах.

Схема із загальним колектором представлена \u200b\u200bна рис.2.4

Малюнок 2.4 - Схема із загальним колектором

Дана схема включення називається також емітерний повторювачем і застосовується для узгодження високого вихідного опору джерела сигналу з низьким вхідним опором навантаження. Коефіцієнт посилення по напрузі для цієї схеми дорівнює 1, а коефіцієнт посилення по току - близько 100. Вхідний опір схеми високе (значить в базову ланцюг треба ставити великий опір), а вихідний - низька і, отже, можна підключати низкоомную навантаження.

Схема із загальною базою представлена \u200b\u200bна рис.2.5.

Малюнок 2.5 - Схема із загальною базою

Схеми із загальною базою використовуються для побудови високочастотних підсилювачів (мають низький вхідний опір). У літературі вказується, що опір R2 має опір кілька кОм, однак в процесі моделювання схема починає посилювати сигнал при опорі R2 в сотні Мом. Опір R3 можна змінювати від 100 Ом до декількох кОм.

Розрізняють декілька режимів роботи транзисторів. Насичення - транзистор відкритий, напруга на переході К - Е мінімально, струм через переходи максимальний. Форма синусоїди спотворена, верхівки синусоїди зрізані. Відсічення - транзистор закритий, напруга на переході К-Е максимально, струм через переходи мінімальний. Активний - проміжний між цими режимами. Саме цей режим використовують для посилення сигналів.

Підсилювальним транзисторним каскадом прийнято називати транзистор з резисторами, конденсаторами і іншими деталями, які забезпечують йому умови роботи як підсилювача. Для гучного відтворення коливань звукової частоти транзисторний підсилювач повинен бути мінімум двох - трехкаскадним. У підсилювачах, що містять кілька каскадів, розрізняють каскади попереднього підсилення і вихідні, або кінцеві, каскади . Вихідним називають останній каскад підсилювача, що працює на телефони або динамічну головку гучномовця, а попередніми - все що знаходяться перед ним каскади. Завдання одного або декількох каскадів попереднього посилення полягає в тому, щоб збільшити напругу звуковий частоти до значення, необхідного для роботи транзистора вихідного каскаду. Від транзистора вихідного каскаду потрібне підвищення потужності коливань звукової частоти до рівня, необхідного для роботи динамічної головки. Для вихідних каскадів найбільш простих транзисторних підсилювачів радіоаматори часто використовують мало потужні транзистори, Такі ж, що і в каскадах попереднього посилення. Пояснюється це бажанням робити підсилювачі економічнішими, що особливо важливо для переносних конструкцій з живленням від батарей. Вихідна потужність таких підсилювачів невелика - від кількох десятків до 100 - 150 мВт, а й її буває досить для роботи телефонів або малопотужних динамічних головок. Якщо ж питання економії енергії джерел живлення не має такого істотного значення, наприклад при харчуванні підсилювачів від електроосвітлювальної мережі, в вихідних каскадах використовують потужні транзистори. Який принцип роботи підсилювача, що складається з декількох каскадів?

Схема простого транзисторного двокаскадного підсилювача НЧ показана на малюнку 2.6. У першому каскаді підсилювача працює транзистор V1, у другому - транзистор V2. Тут перший каскад є каскадом попереднього посилення, другий - вихідним. Між ними - розділовий конденсатор С2.

Принцип роботи будь-якого з каскадів цього підсилювача однаковий і аналогічний знайомому принципом роботи однокаскадного підсилювача. Різниця тільки в деталях: навантаженням транзистора V1 першого каскаду служить резистор R2, а навантаженням транзистора V2 вихідного каскаду - телефони В1 (або, якщо иходной сигнал досить потужний, головка гучномовця). Зсув на базу транзистора першого каскаду подається через резистор R1, а на базу транзистора другого каскаду - через резистор R3. Обидва каскаду харчуються від загального джерела Uі.п., яким може бути батарея гальванічних елементів або випрямляч. Режими роботи транзисторів встановлюють підбором резисторів R1 і R3, що позначено на схемі зірочками.

Малюнок 2.6 - Двохкаскадний підсилювач на транзисторах.

Дія підсилювача в цілому полягає в наступному. Електричний сигнал, поданий через конденсатор С1 на вхід першого каскаду і посилений транзистором V1, з навантажувального резистора R2 через розділовий конденсатор С2 надходить на вхід другого каскаду. Тут він посилюється транзистором V2 і телефонами В1, включеними в колекторний ланцюг транзистора, перетворюється в звук. Яка роль конденсатора С1 на вході підсилювача? Він виконує два завдання: вільно пропускає до транзистора змінну напругу сигналу і попереджає замикання бази на емітер через джерело сигналу. Уявіть собі, що цього конденсатора у вхідному ланцюзі немає, а джерелом підсилюється сигналу служить електродинамічний мікрофон з малим внутрішнім опором. Що вийде? Через малий опір мікрофона база транзистора виявиться з'єднаної з емітером. Транзистор закриється, так як буде працювати без початкового напруги зсуву. Він буде відкриватися тільки при негативних напівперіодах напруги сигналу. А позитивні напівперіоди, ще більше закривають транзистор, будуть їм «зрізані». В результаті транзистор стане спотворювати підсилюваний сигнал.

Конденсатор С2 пов'язує каскади підсилювача по змінному струмі. Він повинен добре пропускати змінну складову підсилюється сигналу і затримувати постійну складову колекторного ланцюга транзистора першого каскаду. Якщо разом зі змінною складової конденсатор буде проводити і постійний струм, режим роботи транзистора вихідного каскаду порушиться і звук стане спотвореним або зовсім пропаде. Конденсатори, які виконують такі функції, називають конденсаторами зв'язку, перехідними або розділовими.

Вхідні і перехідні конденсатори повинні добре пропускати всю смугу частот підсилюється сигналу - від найнижчих до найвищих. Цій вимозі відповідають конденсатори ємністю не менше 5 мкФ. Використання в транзисторних підсилювачах конденсаторів зв'язку великих ємностей пояснюється відносно малими вхідними опорами транзисторів.

Конденсатор зв'язку надає змінному струмі ємнісний опір, яке буде тим меншим, чим більше його ємність. І якщо воно виявиться більше вхідного опору транзистора, на ньому буде падати частина напруги змінного струму, велика, ніж на вхідному опорі транзистора, чому буде програш в посиленні. Ємнісний опір конденсатора зв'язку має бути принаймні в 3 - 5 разів менше вхідного опору транзистора. Тому - то на вході, а також для зв'язку між транзисторними каскадами ставлять конденсатори великих ємностей. Тут використовують зазвичай малогабаритні електролітичні конденсатори з обов'язковим дотриманням полярності їх включення. Такими є найбільш характерні особливості елементів двухкаскадного транзисторного підсилювача НЧ.

Витрати на заробітну плату

З п \u003d t * З t (4.2)

Таблиця 3 Розрахунок погодинної заробітної плати

Погодинна заробітна плата становить 379,9 руб.

З п \u003d t * З t (4.2)

де: З п - заробітна плата на всі операції (руб.);

t - час витрачений на операцію;

З t - погодинна заробітна плата (грн.).

Витрати на електроенергію

Таблиця 4 - витрати на електроенергію

Витрати на електроенергію склала 9,36 руб.

З е \u003d t * 1кВт / год (4.3)

де: З е - Витрати на єлектра енергію (руб.);

t - час роботи за операціями;

1кВт / год - 2,08 руб ..

Собівартість створення всіх генераторів склала 772,04 руб.

С \u003d Ц е + З р + З п + З е (4.4)

де: С - собівартість виробу (руб.);

Ц е - ціна елемента (руб.);

З р - витрати на матеріали (руб);

З п - заробітна плата на всі операції (руб.);

З е - витрати, на електроенергію (руб.).

З \u003d 6,93 + 375,95 + 379,9 + 13,8 \u003d 776,58 рублів

Середня ціна підсилювача звукової частоти (800 Гц) по регіону становить 1500 (руб)

висновок

Темою дипломного проекту є розробка підсилювача низької частоти. Актуальність даної теми визначається широким розвитком масового кінопрокату і аудіотехніки. Широке застосування в аудіотехніки отримали підсилювачі звукової частоти. Останнім часом їх виконують, в основному, на мікросхемах. Але без знання роботи транзисторів, гарна якість посилення отримати не можна. Тому дослідження базових схем підсилювачів є актуальним завданням, що має практичне значення.

Метою проекту були аналіз підсилювачів низької частоти, вибір і розробка схеми підсилювача.

Для вирішення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

Провести аналіз літератури по принципам побудови підсилювачів низької частоти;

Провести комп'ютерне моделювання різних схем підсилювачів з метою вибору оптимального варіанту;

Виготовити макет підсилювача;

Дослідити та порівняти результати моделювання з результатами вимірювань на макетах;

Провести розрахунок собівартості виготовлення схеми підсилювача;

У дипломному проекті проведено аналіз літературних даних по принципам побудови підсилювачів, обрана схема підсилювача, Проведено її розрахунок, виготовлена \u200b\u200bсхема підсилювача і проведені його дослідження.

В економічній частині проекту проведено розрахунок витрат на виготовлення підсилювача.

Таким чином, цілі, поставлені в роботі, досягнуті.

Список літератури

1. Афанасьєв А.П., Самохін В.П. Побутові відеомагнітофони. М .: радіо і зв'язок, 1989р.

2. Голуб В.С.Генератори гармонійних коливань. Москва «Енергія». 1980р.

3. Виноградов В.А. Зарубіжні кольорові телевізори. SONY. Пристрій, обслуговування, ремонт. СПб .: «Корона принт», 1999р.

4. Головін О.В. Радіоприймальні пристрої: підручник для технікумів М .: Гаряча лінія - Телеком, 2002.

5. Гоненко А.П .; Милованов Ю.В .; Лапсарь М.І. Оформлення текстових і графічних матеріалів при підготовці дипломних проектів, курсових і письмових екзаменнаціонних робіт (вимоги ЕСКД): Учеб. для поч. проф. освіти: Навчальний посіб. для середовищ. проф. образовнія- М .: Видавничий центр «Академія», 2005. - 366.

6. Єршов К.Г. Деменьтьев С.Б. Відеообладнання. довідковий посібник. СПб .: Лениздат, 1993р.

7. Зайцев А.А., Миркин А.І., Мокряк В.В ..: під ред. Голомедова А.В. «Напівпровідникові прилади. Транзистори малої потужності »М.: Радио и связь, кубки-а 1995.- 384с.

8. Изюмов \u200b\u200bН.М., Лінде Д.П. Основи радіотехніки. - М .: Радио и связь, 1983.

9. Изюмов \u200b\u200bН.М., Лінде Д.П.Основи радіотехніка. - 4-е изд. прераб. і доп. - М .: Радио и связь, 1983.

10. Каганов В. І. Радіопередавальні пристрої: Підручник для СПО - М: ІРПО: Видавничий центр «Академія», 2002 - 288 с.

11. Каліхман С.Г., Шехтман Б.І. Цифрова схемотехніка в радіомовних приймачах. - М .: Радио и связь, 1982.

12. Каплун В. А., Браммер С.П. Радіотехнічні пристрої та елементи радіосистем: Навчальний посібник - М .: Вища школа, 2002..

13. Колонтаївський Ю.Ф. Радіотехніка: Навчальний посібник для СПТУ-М: Вища. Шк., 1988 - 304 с .: іл.

14. Мікросхеми, діоди, транзистори: Довідник - М .: машинобудування, 1994 г. - 368с.

15. Напівпровідникові прилади. Транзистори середньої та великої потужності: Довідник - 3е вид., Стереотип. - / А.А. Зайцев, О.І. Миркин, В.В. Мокряк та ін .; Під ред. А.В. Голомедова. М .: Кубку - а, 1995 г. - 640 с .: іл.

16. Напівпровідникові прилади: Діоди високочастотні. Діоди імпульние. Оптоелектронні прилади. Довідник: під ред. А.В. Голомедова. - М .: Кубку - а, 1996;

17. Практичний посібник з розрахунками схем в електроніці: Довідник. У 2-х т. Т.1: Пер. з англ. / Под ред. Ф.Н.Покровского. - М .: Енергоатоліудат, 1991. - 368 с .: іл.

18. Прянишников В.А .. Електроніка. Курс лекцій. Підручник для вищих і середніх учбових закладів. Корона принт, 1998р.

19. П'єзоелектричні резонатори. Довідник. Під ред. П. Кандиби і П. Позднякова. Москва, "Радіо і зв'язок", 1992.

20. Радіоелектронна апаратура і прилади: Монтаж регулювання: Підручник для поч. проф. Освіти / Галина Володимирівна Ярочкина. - 2-е изд., Стер. - М .: Видавничий центр «Академія», 2004. - 240 с.

21. Сігова А.С. «Електорорадіоізмеренія» Видавництво ФОРУМ-ИНФРА-М Москва, 2004.

22. Довідник по радіовимірювальних приладів: У 3-х т .; Під ред. В. С. Насонова - М .: Сов. радіо, 1979.

23. Техніка кіно і телебачення, 1998р.

24. Хотунцев Ю.Л., Лобарев А.С. Основи радіоелектроніки. Навчальний посібник для студентів. М .: Агар, 2000. - 288с., Мул.

25. Шустов М.А. Практична схемотехніка. Книга 1. 450 корисних схем радіоаматорам. 2-е изд. - М .: Видавничий дім «Додека - ХХ1», «Альтекс», 2007.

Вступ. 5

1 Використання підсилювачів низької частоти .. 6

2 Принципи побудови підсилювачів. 11

2.1 Основні схеми підсилювачів. 11

2.2 Основні параметри підсилювачів. 21

3 Схема підсилювача низької частоти .. 24

4 Розрахунок витрат на виготовлення підсилювача. 40

4.1 Витрати на покупні елементи .. 40

4.2 Витрати на витратні матеріали .. 41

4.3 Витрати на заробітну плату. 41

4.4 Витрати на електроенергію .. 42

5 Техніка безпеки при роботі з радіоелектронної апаратурою. 44

Висновок. 47

Список літератури .. 48

Вступ

Темою дипломного проекту є розробка підсилювача низької частоти. Актуальність даної теми визначається широким розвитком підсилювальної техніки в радіоелектроніці і високими вимогами до їх якості. Особливо актуальні підсилювачі низької частоти, тому в дипломному проекті досліджені саме вони. Підсилювачі низької частоти найбільш широко застосовуються для посилення сигналів, що несуть звукову інформацію, в цих випадках вони називаються, також, підсилювачами звуковий частоти, крім цього УНЧ використовуються для посилення інформаційного сигналу в різних сферах: вимірювальної техніки та дефектоскопії; автоматиці, телемеханіки і аналогової обчислювальної техніки; в інших галузях електроніки. Тому дослідження базових схем підсилювачів є актуальним завданням, що має практичне значення.

Мета дипломного проекту: Провести аналіз підсилювачів низької частоти, вибрати і розробити схему підсилювача.

Для вирішення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

Провести аналіз літератури по принципам побудови підсилювачів низької частоти;

Провести комп'ютерне моделювання різних схем підсилювачів з метою вибору оптимального варіанту;

Виготовити макет підсилювача;

Дослідити та порівняти результати моделювання з результатами вимірювань на макетах;

Провести розрахунок собівартості виготовлення схеми підсилювача;

Використання підсилювачів низької частоти

Підсилювачі низької частоти найбільш широко застосовуються для посилення сигналів, що несуть звукову інформацію, в цих випадках вони називаються, також, підсилювачами звуковий частоти, крім цього УНЧ використовуються для посилення інформаційного сигналу в різних сферах: вимірювальної техніки та дефектоскопії; автоматиці, телемеханіки і аналогової обчислювальної техніки; в інших галузях електроніки. Підсилювач звукових частот зазвичай складається з попереднього підсилювача і підсилювача потужності (УМ). Попередній підсилювач призначений для підвищення потужності і напруги та доведення їх до величин, потрібних для роботи крайового підсилювача потужності, найчастіше включає в себе регулятори гучності, тембру або еквалайзер, іноді може бути конструктивно виконаний як окремий пристрій. Підсилювач потужності повинен віддавати в ланцюг навантаження (споживача) задану потужність електричних коливань. Його навантаженням можуть бути випромінювачі звуку: акустичні системи (колонки), навушники (головні телефони); радіотрансляційна мережа або модулятор радіопередавача. Підсилювач низьких частот є невід'ємною частиною всієї звуковідтворювальної, звукозаписної і радіотранслірующей апаратури.

Підсилювачі поділяються:

За топології вихідного каскаду.

однотактний вихідний каскад

двотактний вихідний каскад

По режиму роботи вихідного каскаду

Залежно від режиму роботи вихідного каскаду підсилювачі діляться на:

клас, або режим «A» - режим роботи, в якому кожен активний прилад (лампа або транзистор) вихідного каскаду завжди працює в лінійному режимі. При відтворенні гармонійних сигналів кут відсічення активного приладу дорівнює 360 °: прилад ніколи не закривається і, як правило, ніколи не переходить в режим насичення або обмеження струму. Всі лінійні однотактний підсилювачі працюють в режимі А.

клас «AB» - режим роботи двотактного каскаду, проміжний між режимами А і В. Кут відсічення кожного активного приладу істотно більше 180 °, але менше 360 °.

клас «B» - режим роботи двотактного каскаду, в якому кожен активний прилад відтворює з мінімальними спотвореннями сигнал однієї полярності (або тільки позитивні, або тільки негативні значення вхідної напруги). При відтворенні гармонійних сигналів кут відсічення активного приладу дорівнює 180 ° або трохи перевищує це значення. Для зменшення нелінійних спотворень при переході сигналу через нуль вихідні лампи або транзистори працюють з невеликими, але не нульовими струмами спокою. Установка нульового струму спокою переводить каскад з режиму B в режим С: кут відсічення зменшується до менш 180 °, при переході через нуль обидва плеча двотактної схеми знаходяться в відсіченні. Режим С в звуковій техніку не застосовується через неприпустимо високих спотворень.

клас «D» - режим роботи каскаду, в якому активний прилад працює в ключовому режимі. Керуюча схема перетворює вхідний аналоговий сигнал в послідовність імпульсів промодулірованних по ширині (ШІМ), керуючих потужними вихідним ключем (ключами). Вихідний LC-фільтр, включений між ключами і навантаженням, демодулирует імпульси вихідного струму.

Режиму А властиві найкраща лінійність при найбільших втрати енергії, режиму D - найменші втрати при задовільною лінійності. Удосконалення базових схем в режимах А, AB, B і D породило цілий ряд нових «класів», від «класу АА» до «класу Z». Одні з них, наприклад, конструктивно схожі підсилювачі звукових частот «класу S» і «класу АА», докладно описані в літературі, інші ( «клас W», «клас Z») відомі тільки по рекламі виробників.

За конструктивними ознаками:

ІМС для застосування в підсилювачах потужності

За типом застосування в конструкції підсилювача активних елементів:

Лампові - на електронних лампах. Становили основу всього парку УНЧ до 70-х років. У 60-х роках випускалися лампові підсилювачі дуже великої потужності (до десятків кіловат). В даний час використовуються в якості інструментальних підсилювачів і як звуковідтворювальних підсилювачів. Складають левову частку апаратури класу HI- END. А також займають велику частку ринку професійної та напівпрофесійної гітарної підсилювальної апаратури.

Транзисторні - на біполярних або польових транзисторах. Така конструкція кінцевого каскаду підсилювача є досить популярною, завдяки своїй простоті і можливості досягнення великої вихідної потужності, хоча останнім часом активно витісняється підсилювачами на базі інтегральних мікросхем.

інтегральні - на інтегральних мікросхемах (ІМС). Існують мікросхеми, що містять на одному кристалі як попередні підсилювачі, Так і кінцеві підсилювачі потужності, побудовані за різними схемами і працюють в різних класах. З переваг - мінімальна кількість елементів і, відповідно, малі габарити.

Гібридні - частина каскадів зібрана на напівпровідникових елементах, а частина на електронних лампах. Іноді гібридними також називають підсилювачі, які частково зібрані на інтегральних мікросхемах, а частково на транзисторах або електронних лампах.

на магнітних підсилювачах. Як підсилювачів звукових частот великої потужності пропонувалися, як альтернатива електронним лампам в 30 - 50 роки американськими і німецькими інженерами. В даний час є "забутої" технологією.

По виду узгодження вихідного каскаду з навантаженням:

Трансформаторне узгодження з навантаженням

По виду узгодження вихідного каскаду підсилювача з навантаженням їх можна розділити на два основних типи:

трансформаторні - в основному така схема узгодження застосовується в лампових підсилювачах. Обумовлено це необхідністю погодження великого вихідного опору лампи з малим опором навантаження, а також необхідністю гальванічної розв'язки вихідних ламп і навантаження. деякі транзисторні підсилювачі (Наприклад, трансляційні підсилювачі, які обслуговують мережу абонентських гучномовців, деякі Hi-End аудіо підсилювача) також мають трансформаторне узгодження з навантаженням.

безтрансформаторні - з огляду на дешевизну, малої ваги і великий смуги частот безтрансформаторні підсилювачі набули найбільшого поширення. Безтрансформаторні схеми легко реалізуються на транзисторах. Обумовлено це низьким вихідним опором транзисторів в схемі емітерного (истокового) повторювача, можливістю застосування комплементарних пар транзисторів. На лампах безтрансформаторні схеми реалізувати складніше, це або схеми, що працюють на високоомних навантаження, або складні схеми з великою кількістю паралельно працюючих вихідних ламп.

За типом узгодження вихідного каскаду з навантаженням.

Узгодження по напрузі - вихідний опір УМ багато менше провідникові навантаження. В даний час є найбільш поширеним. Дозволяє передати в навантаження форму напруги з мінімальними спотвореннями і отримати хорошу АЧХ, проте породжує сильні нелінійні спотворення (інтермодуляція) в динамічних голівках АС. УМЗЧ добре пригнічують резонанс низькочастотних гучномовців і добре працюють з пасивними розділовими фільтрами многополосних акустичних систем, Розрахованих на джерело сигналу з нульовим вихідним опором. В даний час використовується повсюдно.

Узгодження по потужності - вихідний опір УМ дорівнює або близько опору навантаження. Дозволяє передати в навантаження максимум потужності від підсилювача, через що в минулому було досить поширеним в малопотужних простих пристроях. Зараз є основним типом для лампової техніки, ніж, в першу чергу, і пояснюються особливості звучання лампових систем. У порівнянні з попереднім типом, забезпечує дещо менші спотворення форми струму в котушках ГД АС, і менші нелінійні спотворення в ГД, однак погіршує АЧХ.

Узгодження по току - вихідний опір УМ багато більше опору навантаження. В основі такого узгодження - наслідок із закону Лоренца, згідно з яким звуковий тиск пропорційно току в котушці ГД. Дозволяє сильно (на два порядки) зменшити інтермодуляційні спотворення в ГД і їх ГВЗ (групове час затримки). УМЗЧ слабо пригнічують резонанс низькочастотних гучномовців і погано працюють з пасивними розділовими фільтрами многополосних акустичних систем, які зазвичай розраховані на джерело сигналу з нульовим вихідним опором. В даний час використовується вкрай рідко.